Szeregowy protokół komunikacyjny RS232: podstawy, działanie i specyfikacje

Jednym z najstarszych, ale popularnych protokołów komunikacyjnych wykorzystywanych w przemyśle i produktach komercyjnych jest protokół komunikacyjny RS232. Termin RS232 oznacza „zalecany standard 232” i jest to rodzaj komunikacji szeregowej używanej do normalnej transmisji danych na średnie odległości. Został wprowadzony w latach 60-tych i znalazł zastosowanie w wielu zastosowaniach, takich jak drukarki komputerowe, urządzenia automatyki przemysłowej itp. Obecnie istnieje wiele nowoczesnych protokołów komunikacyjnych, takich jak RS485, SPI, I2C, CAN itp. Możesz je sprawdzić, jeśli jesteś zainteresowany. W tym artykule poznamy podstawy protokołu RS232 i sposób jego działania.

Co to jest komunikacja szeregowa?

W telekomunikacji proces sekwencyjnego przesyłania danych po magistrali komputera nazywany jest komunikacją szeregową, co oznacza, że ​​dane będą przesyłane bit po bicie. Podczas komunikacji równoległej dane są przesyłane w bajcie (8 bitów) lub znaku na kilku liniach danych lub magistralach jednocześnie. Komunikacja szeregowa jest wolniejsza niż komunikacja równoległa, ale używana do długich transmisji danych z powodu niższych kosztów i powodów praktycznych.

Przykład do zrozumienia:

Komunikacja szeregowa - strzelasz do celu z karabinów maszynowych, gdzie pociski pojedynczo docierają do celu.

Komunikacja równoległa - strzelasz do celu ze strzelby, do której dociera jednocześnie wiele pocisków.

Tryby przesyłania danych w komunikacji szeregowej:

• Asynchroniczny transfer danych - tryb, w którym bity danych nie są synchronizowane przez impuls zegarowy. Impuls zegarowy to sygnał służący do synchronizacji pracy w układzie elektronicznym.
• Synchronous Data Transfer - tryb, w którym bity danych są synchronizowane przez impuls zegarowy.

Charakterystyka komunikacji szeregowej:

• Szybkość transmisji służy do pomiaru szybkości transmisji. Jest opisywany jako liczba bitów przechodzących w ciągu jednej sekundy. Na przykład, jeśli szybkość transmisji wynosi 200, minie 200 bitów na sekundę. W liniach telefonicznych szybkości transmisji będą wynosić 14400, 28800 i 33600.
• Bity stopu są używane dla pojedynczego pakietu, aby zatrzymać transmisję, która jest oznaczona jako „T”. Niektóre typowe wartości to 1, 1,5 i 2 bity.
• Bit parzystości to najprostsza forma sprawdzania błędów. Istnieją cztery rodzaje, tj. Parzyste, zaznaczone i z odstępami. Na przykład, jeśli 011 jest liczbą, bit parzystości = 0, tj. Parzystość i parzystość = 1, tj. Parzystość nieparzysta.

Co to jest RS232?

RS232C „Zalecany standard 232C” to najnowsza wersja standardu 25-pinowego, natomiast RS232D, który ma 22 piny. W nowym PC męski typ D, który ma 9 pinów.

RS232 jest standardowym protokołem używanym do komunikacji szeregowej, służy do łączenia komputera z urządzeniami peryferyjnymi w celu umożliwienia szeregowej wymiany danych między nimi. Ponieważ uzyskuje napięcie dla ścieżki używanej do wymiany danych między urządzeniami. Jest używany w komunikacji szeregowej do 50 stóp z szybkością 1,492 kb / s. Zgodnie z definicją EIA, RS232 jest używany do łączenia urządzeń do transmisji danych (DTE) i urządzeń do komunikacji danych (DCE).

Uniwersalny asynchroniczny odbiornik i nadajnik danych (UART) używany w połączeniu z RS232 do przesyłania danych między drukarką a komputerem. Mikrokontrolery nie radzą sobie z takimi poziomami napięć, złącza łączone są pomiędzy sygnałami RS232. Złącza te są znane jako złącze DB-9 jako port szeregowy i występują w dwóch typach: złącze męskie (DTE) i złącze żeńskie (DCE).

Parametry elektryczne

Omówmy poniższe specyfikacje elektryczne RS232:

• Poziomy napięcia: RS232 używany również jako poziom uziemienia i 5 V. Binarne 0 działa z napięciami do + 5 V do + 15 V DC. Nazywa się to „ON” lub odstępem (wysoki poziom napięcia), podczas gdy Binary 1 działa z napięciami do -5 V do -15 V DC. Nazywa się to „OFF” lub oznaczeniem (niski poziom napięcia).
• Poziom napięcia odbieranego sygnału: Binarne 0 pracuje na otrzymywanych napięciach sygnału do + 3V do +13 Vdc, a Binarne 1 pracuje z napięciami do -3V do -13 Vdc.
• Impedancja linii: Impedancja przewodów wynosi do 3 omów do 7 omów, a maksymalna długość kabla to 15 metrów, ale nowa maksymalna długość pod względem pojemności na jednostkę długości.
• Napięcie robocze: napięcie robocze będzie wynosić maks. 250 V AC.
• Aktualna ocena: aktualna ocena to maks. 3 amperów.
• Napięcie wytrzymywane dielektryka: 1000 VAC min.
• Szybkość narastania: Szybkość zmian poziomów sygnału jest określana jako szybkość narastania. Dzięki szybkości narastania do 30 V / mikrosekundę, a maksymalny bitrate wyniesie 20 kbps.

Jak działa RS232?

RS232 działa na zasadzie komunikacji dwukierunkowej, która wymienia między sobą dane. Są dwa urządzenia połączone ze sobą, sprzęt do transmisji danych (DTE) i sprzęt do transmisji danych (DCE), który ma styki takie jak TXD, RXD oraz RTS i CTS. Teraz, ze źródła DTE, RTS generuje żądanie wysłania danych. Następnie z drugiej strony DCE, CTS, czyści ścieżkę do odbioru danych. Po usunięciu ścieżki, da sygnał do RTS z DTE źródła do wysyłania sygnału. Następnie bity są przesyłane z DTE do DCE. Teraz znowu z DCEźródło, wniosek może być generowany przez RTS i CTS z DTE źródeł czyści drogę do odbierania danych i daje sygnał do wysyłania danych. To jest cały proces, w którym odbywa się transmisja danych.

TXD	NADAJNIK
RXD	ODBIORCA
RTS	ŻĄDANIE DO WYSŁANIA
CTS	CZYŚĆ DO WYSŁANIA
GND	ZIEMIA

Na przykład: Sygnały ustawione na logikę 1, tj. -12V. Transmisja danych rozpoczyna się od następnego bitu iw celu poinformowania o tym, DTE wysyła bit startu do DCE. Bit początkowy ma zawsze wartość „0”, tj. +12 V i kolejne 5 do 9 znaków to bity danych. Jeśli używamy bitu parzystości, wówczas można przesłać 8-bitowe dane, podczas gdy jeśli parzystość nie jest używana, przesyłanych jest 9 bitów. Bity stopu są wysyłane przez nadajnik, których wartości po transmisji danych wynoszą 1, 1,5 lub 2 bity.

Specyfikacja mechaniczna

Aby uzyskać specyfikacje mechaniczne, musimy zbadać dwa typy złączy, czyli DB-25 i DB-9. W DB-25 dostępnych jest 25 pinów, które są używane w wielu aplikacjach, ale niektóre aplikacje nie wykorzystywały wszystkich 25 pinów. Tak więc 9-pinowe złącze jest wykonane dla wygody urządzeń i sprzętu.

Teraz omawiamy tutaj złącze pinowe DB-9, które służy do połączenia między mikrokontrolerami a złączem. Są to dwa typy: złącze męskie (DTE) i złącze żeńskie (DCE). W górnym rzędzie znajduje się 5 szpilek, aw dolnym 4 szpilki. Jest często nazywany złączem DE-9 lub typu D.

Struktura pinów złącza DB-9:

Pin Opis Złącze DB-9:

Nr PIN	Nazwa pinu	Opis pinów
1	CD (wykrywanie nośnika)	Sygnał przychodzący z DCE
2	RD (odbieranie danych)	Odbiera dane przychodzące z DTE
3	TD (transmisja danych)	Wysyłaj dane wychodzące do DCE
4	DTR (gotowy terminal danych)	Wychodzący sygnał uzgadniania
5	GND (masa sygnału)	Wspólne napięcie odniesienia
6	DSR (gotowy zestaw danych)	Przychodzący sygnał uzgadniania
7	RTS (żądanie wysłania)	Sygnał wychodzący do sterowania przepływem
8	CTS (wyczyść, aby wysłać)	Sygnał wejściowy do sterowania przepływem
9	RI (wskaźnik pierścienia)	Sygnał przychodzący z DCE

Co to jest uścisk dłoni?

Handshaking to proces używany do przesyłania sygnału z DTE do DCE w celu nawiązania połączenia przed faktycznym przesłaniem danych. Przesyłanie wiadomości między nadajnikiem a odbiornikiem może odbywać się poprzez uścisk dłoni.

Istnieją 3 typy procesów uzgadniania o nazwach: -

Bez uzgadniania:

Jeśli nie ma uzgadniania, DCE odczytuje już odebrane dane, podczas gdy DTE przesyła następne dane. Wszystkie odebrane dane są przechowywane w lokalizacji pamięci zwanej buforem odbiornika. Ten bufor może przechowywać tylko jeden bit, więc odbiornik musi odczytać bufor pamięci, zanim nadejdzie następny bit. Jeśli odbiornik nie jest w stanie odczytać przechowywanego bitu w buforze i nadejdzie następny bit, wówczas przechowywany bit zostanie utracony.

Jak pokazano na poniższym schemacie, odbiornik nie był w stanie odczytać ^czwartego bitu aż do nadejścia ^piątego bitu i ten wynik nadpisania 4- ^tego bitu przez 5- ^ty bit i 4- ^ty bit jest tracony.

Uzgadnianie sprzętowe:

• Wykorzystuje określone porty szeregowe, tj. RTS i CTS do sterowania przepływem danych.
• W tym procesie nadajnik pyta odbiornik, czy jest gotowy do odbioru danych, a następnie odbiornik sprawdza bufor, czy jest pusty, jeśli jest pusty to da sygnał do nadajnika, że ​​jestem gotowy do odbioru danych.
• Odbiornik daje sygnał do nadajnika, aby nie wysyłał żadnych danych, podczas gdy już odebrane dane nie mogą być odczytane.
• Jego proces działania jest taki sam, jak opisano powyżej w przypadku uzgadniania.

Uzgadnianie oprogramowania:

• W tym procesie istnieją dwie formy, tj. X-ON i X-OFF. Tutaj „X” to nadajnik.
• X-ON to część, w której wznawia transmisję danych.
• X-OFF to część, w której wstrzymuje transmisję danych.
• Służy do kontrolowania przepływu danych i zapobiegania ich utracie podczas transmisji.

Zastosowania komunikacji RS232

• Komunikacja szeregowa RS232 jest używana w komputerach PC starej generacji do podłączania urządzeń peryferyjnych, takich jak mysz, drukarki, modem itp.
• Obecnie RS232 zastępuje zaawansowane USB.
• Jest również stosowany w maszynach PLC, maszynach CNC i kontrolerach serwo, ponieważ jest znacznie tańszy.
• Nadal jest używany przez niektóre płytki mikrokontrolera, drukarki paragonów, system punktów sprzedaży (PoS) itp.